1.1量子力学对原子核外电子运动状态的描述（共32张PPT） 2024-2025学年鲁科版(2019)高中化学选择性必修2

(共32张PPT)
1.1 量子力学对原子核外电子运动状态的描述
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
玻尔引入一个量子数n，解释了氢原子光谱是线状光谱的事实；但复杂的光谱解释不了。
[联想·质疑]
①钠原子光谱在n=3到n=4之间会产生多条谱线。
②氢原子光谱在n=1到n=2之间谱线实际上是两条靠得非常近的谱线。
钠原子的黄色谱线也是靠得很近的两条谱线
③在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线。
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
原子中电子的运动状态应用四个量子数来描述。
量子力学理论
——20 世纪 20 年代中期建立
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
1. 电子层（能层） n
描述原子轨道离核的远近
分层标准 电子离核的远近
电子层(n) 1 2 3 4 5 6 7
符号 __ __ __ __ __ __ __
能量 _______
离核 _______
K
L
M
N
O
P
Q
低→高
近→远
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
2. 能级
描述（电子云）原子轨道的形状
符号为： s， p， d， f …
s:球形
p:哑铃形
（纺锤形）
和主量子数n共同决定电子的能量大小
同一个电子层中能量：
E(ns)二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
能层序数n 能层符号 能级符号 能级数
1 K
2 L
3 M
4 N
规律：第n电子层有n个能级
1
2
3
4
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
3. 磁量子数 m
描述磁场中原子轨道的能量状态
各能级上对应的原子轨道数 s p d f ......
__ __ __ __ ......
1
3
5
7
规律:每层的原子轨道数为层数的平方(n2)
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
4. 自旋量子数 ms
描述在能量完全相同时电子运动的特殊状态(电子自旋状态)
ms = +1/2 (通常用符号 ↑ 表示)
ms = -1/2 (通常用符号 ↓ 表示)
轨道的标记——量子数
主量子数n：主要决定原子轨道能量的高低
角量子数l：和主量子数一起决定轨道的能量
磁量子数m：没有磁场时能量相同，不同的m与磁场的作用不同其能量不同
自旋：一种奇特的量子化运动
自旋量子数ms
一组n、l、m、ms确定一个电子，没有任何两个电子的运动状态相同。（泡利不相容原理）
原子中电子的运动状态应用多个量子数来描述．
量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道.
二、量子力学对原子核外运动状态的描述
1.原子轨道
电子层
(1)含义：量子数n所描述的电子运动状态称为电子层,n的取值为正整数1、2、3、4、5、6等,对应的符号分别为K、L、M、N、O、P等。
(2)电子的能量与电子层的关系一般而言,n越大,电子离核的平均距离越远,电子具有的能量越高。
能级
(1)含义：在含有多个电子的原子中,同一电子层的电子,能量也可能不同,可以把它们分为不同能级,当n=x时,有x个能级,分别用s、p、d、f等表示。
(2)电子的能量与能级的关系
多电子原子中,同一电子层各能级的能量顺序为E(ns)< E(np)电子层（n） 1 2 3 4 5
电子层符号
能级
最多电子数
电子层、能级和原子轨道的关系
K
L
M
N
O
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4f
5s
4d
……
2
2
6
2
6
10
2
6
14
2
10
……
2
8
18
32
2n2(n代表
电子层数)
自旋
核外运动的电子还存在一种被称为“自旋”的量子化状态。处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有两种,分别用符号“↑”和“↓”表示。
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
原子轨道示意图：
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
d 轨道(l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2)
m 五种取值, 空间五种取向, 五条等价(简并) d 轨道。
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
f 轨道 ( l = 3, m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 )
m 七种取值, 空间七种取向, 七条等价(简并) f 轨道。
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
【小结】原子中电子的运动状态由四个因素来决定。
量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道。
②能级 描述原子轨道的形状
③原子轨道 决定原子轨道的空间取向
④电子自旋
①电子层（能层）n 描述原子轨道离核的远近
一个原子中不存在运动状态相同的电子。
例：Na原子核外有 个电子，有 种运动状态。
利用①电子层②能级③原子轨道可以描述一个电子的空间运动状态，即可将一个原子轨道描述出来。
11
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二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
电子云：描述电子在空间出现的概率大小的图形.
量
子
理
论
释
疑
问：层是什么？
答：层不是层。
问：“轨道”是什么？
答：“轨道”不是轨迹。
问：“自旋”是什么？
答：“自旋”不是旋转。
问：量子数什么含义？
答：就是个数。
问：波函数是什么？
答：不知道。
问：……要这些干嘛？
答：量子数→波函数→概率和能量
原子——核与电子相互作用的能量较低的稳定状态
轨道
磁场
轨道的图示
三、基态原子的核外电子排布
Na
K
L
M
2
2s
2p
3d
1s
8
1
3s
3p
2
2
2
2
2
1
原则一：能量最低原理
基态原子核外电子总是尽可能先排布在能量最低的轨道上，然后由里及外依次排布在能量较高的轨道上。也可以说，核外电子遵循的排布规则使整个原子的能量处于最低状态。
三、基态原子的核外电子排布
Na
K
L
M
2
2s
2p
3d
1s
8
1
3s
3p
2
2
2
2
2
1
原则二：泡利不相容原理
一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋状态不同。
He
↑↑
↑↓
三、基态原子的核外电子排布
Na
K
L
M
2
2s
2p
3d
1s
8
1
3s
3p
2
2
2
2
2
1
原则三：洪特规则
对于基态原子，核外电子在能量相同的原子轨道上排布时，将尽可能分占不同的原子轨道并且自旋状态相同，使体系的总能量达到最低。
氮（N）
三、基态原子的核外电子排布
方法引导
核外电子排布的表示方法
1.电子排布式
2.轨道表示式
在ns、np、nd等符号的右上角用数字表示出电子的数目。
1s22s22p63s1
钠
用方框表示一个原子轨道，用箭头“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子。
钠
三、基态原子的核外电子排布
构造原理
为了使整个原子体系的能量最低，随着原子序数的递增，基态原子的"外层电子"按照箭头的方向依次排布在各原子轨道上∶
1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、 6s……
电子填满了一个能级，开始填入下一个能级。
三、基态原子的核外电子排布
写出Mn元素（25号）基态原子的电子排布式和轨道表示式。
1s22s22p63s23p63d54s2
电子按构造原理顺序在原子轨道上排布，但书写电子排布式或轨道表示式时，应按电子层数由小到大的顺序书写。
排布顺序：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p
书写顺序：1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p
三、基态原子的核外电子排布
1s22s22p63s23p63d44s2
1s22s22p63s23p63d104s1
1s22s22p63s23p63d54s1
1s22s22p63s23p63d94s2
铬Cr：
铜Cu：
半满
全满
写出Cr、Cu元素基态原子的电子排布式和轨道表示式。
24
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洪特通过分析光谱实验的结果指出，能量相同的原子轨道在全充满（如 d10）、半充满（如 d5）和全空（如 d0）状态时，体系的能量较低。 ——洪特规则的特例(没有普适性)